La dinámica de sistemas multicuerpo (DSM) es una herramienta que permite simular el movimiento y el comportamiento de sistemas mecánicos complejos, desde brazos robóticos y aerogeneradores hasta trenes. Esta metodología, cuya aplicación es especialmente relevante en la industria al usarse en una amplia gama de sistemas de control, ayuda a entender cómo funcionan las máquinas y a optimizarlas para que sean más eficientes y fiables. Sin embargo, la complejidad de los cálculos necesarios para desarrollarla puede dificultar su empleo en tiempo real. Una tesis doctoral, defendida en la Universidad Pública de Navarra (UPNA) por el ingeniero mecánico José David Fuentes Lárez (Caracas, Venezuela, 1989), ha desarrollado nuevas técnicas que simplifican modelos complejos de simulación. “La capacidad de simplificar modelos complejos sin comprometer su funcionalidad abre la puerta a simulaciones más rápidas y accesibles, mejorando así el proceso de diseño y optimización”, apunta el investigador.
“Las técnicas de la dinámica de sistemas multicuerpo permiten simular cualquier sistema mecánico, lo que facilita su análisis, diseño y mejora —explica José David Fuentes—. Esta capacidad de simulación es de gran relevancia en la industria actual, donde se emplea en contextos tan diversos como el desarrollo de robots industriales, la optimización de sistemas de control en la industria ferroviaria y el análisis de aerogeneradores en diferentes situaciones. La precisión y eficiencia en estos procesos son esenciales para garantizar la seguridad, el rendimiento y la sostenibilidad de las aplicaciones industriales”.
José David Fuentes Lárez, nuevo doctor por la UPNA.
José David Fuentes logró resultados relevantes al aplicar los modelos simplificados que había desarrollado para su tesis, dirigida por dos profesores del Departamento de Ingeniería de la UPNA: Javier Ros Ganuza, investigador del Instituto de Smart Cities (ISC), y Aitor Plaza Puértolas. Por ejemplo, en el caso de un brazo robótico, redujo de 49 a 19 los parámetros necesarios para simular su funcionamiento, con un margen de error de solo el 1 %.
Aplicación en la industria ferroviaria
En un modelo de tren, desarrolló un método de alta complejidad que incorporaba factores críticos como irregularidades en la vía, fuerzas de Kalker (que describen el contacto entre rueda y raíl) y el contacto lateral en los flancos de las ruedas, situación que ocurre, por ejemplo, en las curvas. Gracias a las técnicas propuestas, José David Fuentes logró reproducir los resultados originales del modelo completo utilizando solo tres de los diez parámetros iniciales. Además, identificó que el modelo podía optimizarse aún más incorporando parámetros adicionales de amortiguación y rigidez de los muelles. Esto permitió reducir un 47 % el total de operaciones computacionales, haciendo así el modelo mucho más eficiente sin perder fiabilidad.
“Implementar estos métodos en la dinámica de sistemas multicuerpo no solo puede ofrecer soluciones eficientes y de bajo coste, sino que también permite su uso en una amplia gama de sistemas de control —afirma el investigador—. Esto es particularmente importante en industrias donde el presupuesto y los recursos técnicos pueden ser limitados. Además, comprender la importancia relativa de los distintos parámetros en el modelo puede conducir a mejoras significativas en su diseño y rendimiento. La identificación de los parámetros más críticos permite a los ingenieros focalizar sus esfuerzos en aspectos que realmente influyen en el comportamiento del sistema, optimizando así el uso de recursos”.
Breve currículum
José David Fuentes se tituló en Ingeniería Mecánica en 2012 en la Universidad Nacional Experimental Politécnica Antonio José de Sucre (Venezuela), desde donde llegó a la UPNA para cursar, sucesivamente, los másteres universitarios en Ingeniería Mecánica Aplicada y Computacional (2014-2016) y en Ingeniería de Materiales y Fabricación (2016-2018).
El nuevo doctor ha compaginado la realización de la tesis con su trabajo como ingeniero en Entecnia Consulting, empresa navarra especializada en servicios de ingeniería de producto a la que está vinculado desde 2019. Con anterioridad, ya había ejercido su profesión en distintas empresas de Navarra y de Venezuela de tal forma que acumula diez años de experiencia en el diseño, la implementación y la gestión de proyectos de ingeniería.